Estudio de la regulación génica mediada por microRNAs ante estrés por frío en sorgo (Sorghum bicolor)

Abstract

Las plantas se enfrentan continuamente a una variedad de estés abiótico que causan pérdidas significativas de rendimiento en la producción de cultivos, las plantas han desarrollado mecanismos de percepción y señalización para responder y adaptarse a condiciones ambientales adversas. Entre los diferentes tipos de estrés abiótico, el frío es un factor limitante que afecta no solo al sorgo sino a la productividad de muchos otros cultivos en todo el mundo. Las bajas temperaturas son determinantes para la distribución geográfica y la productividad de los cultivos. La baja temperatura afecta el crecimiento, desarrollo y distribución de especies agronómicas en todo el mundo. El estrés por frío provoca grandes pérdidas de cultivos y es una grave amenaza para la sostenibilidad. El objetivo de esta tesis doctoral es investigar los mecanismos moleculares en el sorgo para comprender mejor cómo se perciben e integran las señales de estrés por frío en la regulación génica por cambios en niveles múltiples de microRNAs, factores de transcripción, transcripción de RNAs mensajeros y la posterior expresión de productos genéticos involucrados en adaptación al estrés y tolerancia. A largo plazo, el conocimiento generado por esta investigación ayudará a comprender los complejos mecanismos moleculares que rigen la respuesta al estrés en situaciones de frío para desarrollar cultivos más tolerantes a los estresores abióticos, lo que permite mayores rendimientos en condiciones difíciles para apoyar cultivos rentables para alimentar el crecimiento mundial. población. Esta tesis está organizada en tres capítulos principales centrados en las respuestas fisiológicas y moleculares del sorgo al estrés por frío. El primer capítulo consiste en una revisión centrada en las respuestas del sorgo para tratar el estrés por frío, como la adaptación de la fotosíntesis y la limitación del crecimiento a bajas temperaturas, los factores de transcripción involucrados en la respuesta al estrés por frío y cómo se están desarrollando algunos genotipos de sorgo para Ser tolerante al frío, así como las fuentes de este rasgo. El segundo capítulo, se centra en la respuesta metabólica del sorgo al estrés por frío, analizamos la acumulación de metabolitos como prolina libre (PRO) en hojas. PRO puede inducir la expresión de muchos genes; Todavía no está claro si una acumulación de PRO más eficiente puede considerarse un biomarcador de tolerancia en las plantas. Evaluamos la acumulación de PRO en dos genotipos de sorgo con diferente tolerancia al estrés por frío. Para explorar la causa detrás de la acumulación de prolina en condiciones de estrés por frío, analizamos los sitios de unión de factores de transcripción (TFBS) presentes en las regiones promotoras en los genes involucrados en la biosíntesis y degradación de la prolina en el sorgo. Para el tercer capítulo de esta tesis, analizamos elementos seleccionados del metabolismo antioxidante, la transcripción de genes y microRNAs en dos variedades de sorgo con tolerancia contrastante al frío. Cuantificamos diferentes genes que codifican las proteínas involucradas en la respuesta a bajas temperaturas, tales como factores de transcripción, enzimas de desintoxicación y proteínas de choque térmico, la regulación positiva del factor de transcripción CBF6 fue notablemente alcanzando valores de hasta 5 veces, lo que sugiere que este nivel de expresión podría estar involucrado en una mejor adaptación de la planta al frío. También evaluamos parte del metabolismo antioxidante cuantificando el contenido de compuestos fenólicos, flavonoides y su relación con la producción de radicales teniendo como premisa que está relacionada con la tolerancia al frío en el sorgo. Durante el desarrollo de esta tesis, nuestro proyecto tenía diferentes ramas alrededor de los mecanismos moleculares que las plantas desarrollaron para lidiar con el estrés abiótico, por esta razón incluimos como apéndices artículos originales o capítulos de libros producidos durante nuestros estudios de doctorado. El primer archivo adjunto es un capítulo de libro en el que describimos técnicas para la detección de aislamiento y cuantificación de microARN, en el mismo orden de ideas para comprender las respuestas moleculares al estrés, es necesario cuantificar muchas transcripciones mediante diferentes técnicas como qPCR, en En el siguiente artículo describimos la validación de genes de mantenimiento para los datos de normalización de qPCR en Amaranto, presentamos los genes de referencia más estables, lo que contribuirá significativamente a futuros estudios genéticos de esta especie que se caracteriza por un alto grado de tolerancia a múltiples tipos de estrés abióticos. En resumen, los resultados generados por esta tesis ayudarán a comprender los mecanismos moleculares que rigen las respuestas al estrés por frío en el sorgo y otras plantas para desarrollar cultivos más tolerantes, permitiendo mayores rendimientos en condiciones difíciles para alimentar a la creciente población mundial.